基于概率分布短時預(yù)報降水的方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于針對給定位置生成一段時段上的短時預(yù)報的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)從多個氣象源接收對給定位置的氣象觀測和預(yù)測,并處理該信息以確定一段時段上的降水類型(P類型)的概率分布和降水速率(P速率)的概率分布。然后可將所述兩種概率分布組合成指示在給定時段和給定位置上以給定速率發(fā)生特定類型的降水的概率的多個概率分布(P類型速率預(yù)報)。在一些實(shí)施方式中,可以基于輸入到系統(tǒng)中的氣象觀測來選擇一種降水類型來代替確定降水類型分布,從而生成指示在給定時段和給定位置上以給定速率發(fā)生所選擇的降水類型的概率的降水類型速率預(yù)報。
【專利說明】基于概率分布短時預(yù)報降水的方法與系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年4月4日提交的共同擁有和共同發(fā)明的美國專利申請 No. 13/856, 923、2013年6月20日提交的美國專利申請No. 13/922, 800、2013年7月 22日提交的美國專利申請No. 13/947,331、2013年6月26日提交的美國臨時專利申請 No. 61/839, 675、2013年6月16日提交的美國臨時專利申請No. 61/835, 626、和2013年6 月19日提交的美國臨時專利申請No. 61/836, 713的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容作為參考被合并于 此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 所公開的主題總的來說涉及一種用于確定氣象預(yù)報的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 對風(fēng)暴和其他氣象學(xué)事件的氣象預(yù)報對于航空、航天機(jī)構(gòu)、應(yīng)急機(jī)構(gòu)、交通、公共 安全等是非常重要的。
[0005] 傳統(tǒng)的氣象預(yù)報系統(tǒng)通過利用各種二維或三維物理參數(shù)應(yīng)用數(shù)學(xué)/物理方程來 提供距目前時間12小時到幾天的氣象預(yù)測。
[0006] 許多系統(tǒng)使用氣象學(xué)雷達(dá)。氣象學(xué)雷達(dá)向天空中的降水區(qū)域發(fā)射脈沖,以便根據(jù) 脈沖的反射(或回波)強(qiáng)度觀測降雨或降雪的強(qiáng)度。然后強(qiáng)度被轉(zhuǎn)換成灰度級。降水區(qū)域 的圖像被表示為各種形狀和灰度級的組合圖案。使用互相關(guān)(CC)方法對兩個連續(xù)圖像進(jìn) 行圖案匹配,從而評估運(yùn)動矢量,并通過使用一維外推法,對(相同形狀和大小的)降水圖 案進(jìn)行翻譯。
[0007] 該技術(shù)通過使兩個或兩個以上連續(xù)圖像中的單元(cell)相關(guān)以確定風(fēng)暴前沿的 速度和方向,來對群集或單元進(jìn)行跟蹤以預(yù)測風(fēng)暴運(yùn)動。然后該運(yùn)動信息用于呈現(xiàn)出接下 來三十到六十分鐘內(nèi)降水區(qū)域可能位于哪里,這會以預(yù)報的雷達(dá)反射率圖像的形式表示。
[0008] 然而,這些系統(tǒng)有太多的限制,這影響了預(yù)測的精度。
[0009] 例如,有可能給定的雷達(dá)反射率信息可能提供不準(zhǔn)確的預(yù)報。而且,在不止一個雷 達(dá)站跟蹤風(fēng)暴前沿時,有可能每個雷達(dá)站可能會提供不同的且有沖突的預(yù)報。在這種情況 下,輸出給用戶的結(jié)果很可能是不準(zhǔn)確的那些。
[0010] 而且,這些系統(tǒng)不考慮降水區(qū)域的狀態(tài)改變程度,例如,從降雨變成降雪。簡單地 說,不能充分地預(yù)測表示自然現(xiàn)象的關(guān)于大小、形狀、灰度級等不穩(wěn)定的變化,并且也沒有 考慮針對降水區(qū)域的地形影響。
[0011] 而且,現(xiàn)有系統(tǒng)中沒有一個系統(tǒng)能夠提供指示以可能的速率在特定時段的可能類 型的降水的概率分布。
[0012] 為了這些和其他原因,仍然需要一種實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的短時預(yù)報(nowcast)技術(shù)的系統(tǒng) 和方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 在一個實(shí)施方式中,描述了一種用于生成對降水類型、降水強(qiáng)度和概率或可信度 的可變長度和可變詳細(xì)度的文本描述的系統(tǒng)/方法。降水短時預(yù)報系統(tǒng)生成對降水類型和 降水速率的預(yù)報(預(yù)報值)。按相等或可變的時間間隔對預(yù)報值進(jìn)行預(yù)報,每個間隔具有開 始時間和結(jié)束時間(例如,具有1、5、10、15、30分鐘增量的時間序列)。
[0014] 在一個實(shí)施方式中,從多個氣象數(shù)據(jù)源接收氣象觀測和預(yù)測,并處理所述氣象觀 測和預(yù)測來確定一段時段上降水類型(P類型)的概率分布和確定降水速率(P速率)的概 率分布。這兩種概率分布然后可以被組合成多個單獨(dú)的概率分布(P類型速率),每個P類 型速率指示在一段時段上以某速率發(fā)生某類型降水的概率。P類型速率預(yù)報的示例可以為 降雨和輕度的組合(輕度降雨)以及與該組合相關(guān)的概率,例如40%幾率的輕度降雨。其 他組合可以包括降雨和重度(重度降雨),降雪和輕度(輕度降雪),等等。
[0015] 會發(fā)生降水的概率等于所有的有降水的P類型速率類別的和。不發(fā)生降水的概率 等于所有的描述無降水的P類型速率類別的和。
[0016] 對于每個時間間隔,可以以包括對P類型速率類別的文本/數(shù)字描述及其概率百 分比的文本和/或數(shù)字形式來顯示概率分布。還可以以圖形方式在一個軸上用時間和另一 個軸上用P類型速率類別來顯示概率分布。
[0017] 在一方面中,提出了一種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的計算機(jī) 實(shí)現(xiàn)的方法,該方法包括:從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值;使用所述氣 象值,生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報)的概率分布,所述降水類型預(yù)報包 括m個降水類型和與每個類型相關(guān)聯(lián)的概率;使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的 降水速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的概率分布,所述降水速率預(yù)報包括η個降水速率和與每個速 率相關(guān)聯(lián)的概率;將針對所述給定時段的降水類型預(yù)報與針對所述給定時段的降水速率預(yù) 報進(jìn)行組合,以生成m*n個降水類型速率預(yù)報(Ρ類型速率預(yù)報),每個降水類型速率預(yù)報表 示以給定速率具有給定類型的降水的概率;以及輸出所述降水類型速率預(yù)報中的一個或多 個以用于顯示。
[0018] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括:針對每個降水類型速率預(yù)報,將來自所述降水 類型預(yù)報的與給定類型的降水相關(guān)聯(lián)的第一概率Pl與來自所述降水速率預(yù)報的與給定速 率的降水相關(guān)聯(lián)的第二概率P2相乘,以獲得表示以所述給定速率接收到所述給定類型的 降水的概率的值P3。
[0019] 在一個實(shí)施例中,所述方法進(jìn)一步包括從多個不同的氣象源接收所述氣象值。
[0020] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括:根據(jù)從每個氣象源接收的氣象值生成單獨(dú)的 降水類型預(yù)報,從而生成多個單獨(dú)的降水類型預(yù)報,以及使用概率聚合器,將所述多個單獨(dú) 的降水類型預(yù)報組合成最終的降水類型預(yù)報。
[0021] 在另一個實(shí)施例中,所述方法還包括:根據(jù)從每個氣象源接收的氣象值生成單獨(dú) 的降水速率預(yù)報,從而生成多個單獨(dú)的降水速率預(yù)報,以及使用概率聚合器,將所述多個單 獨(dú)的降水速率預(yù)報組合成最終的降水速率預(yù)報。
[0022] 在又一個實(shí)施例中,聚合包括執(zhí)行加權(quán)平均,其中根據(jù)與每個單獨(dú)的降水類型預(yù) 報或降水速率預(yù)報相關(guān)聯(lián)的氣象源,將權(quán)重分配給該降水速率預(yù)報和/或降水類型預(yù)報。
[0023] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括通過對表示無降水的所有類別的降水類型速率 的概率進(jìn)行求和來確定將不發(fā)生降水的概率。
[0024] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括通過對表示降水的所有類別的降水類型速率的 概率進(jìn)行求和來確定將發(fā)生降水的概率
[0025] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括:將文本描述與一個降水類型速率或降水類型 速率的組合相關(guān)聯(lián);以及輸出文本描述以用于在用戶設(shè)備上顯示。
[0026] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括:將兩個或多個降水類型速率預(yù)報沿著維度組 合起來,所述維度為概率、降水速率、和降水類型其中之一;以及將文本描述與降水類型速 率預(yù)報的每個組合相關(guān)聯(lián)。
[0027] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括接收指示給定地區(qū)的位置的用戶輸入。
[0028] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括接收指示給定時段的用戶輸入。
[0029] 在一個實(shí)施例中,所述給定時段包括多個時間間隔,其中所述多個時間間隔具有 固定值。
[0030] 在一個實(shí)施例中,所述固定值為1分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘和 60分鐘中的任意一個。
[0031] 在一個實(shí)施例中,所述給定時段包括多個時間間隔,其中所述多個時間間隔具有 可變值。
[0032] 在一個實(shí)施例中,接收氣象值包括至少接收針對給定地區(qū)的溫度分布,并至少基 于所述溫度分布生成降水類型預(yù)報。
[0033] 在一個實(shí)施例中,所述方法還包括輸出降水類型速率預(yù)報的不同的組合以用于顯 /Jn〇
[0034] 在另一方面中,提出了一種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的計算 機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,該方法包括:從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值;使用所述 氣象值,生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報)的概率分布,降水類型預(yù)報包括m 個降水類型和與每個類型相關(guān)聯(lián)的概率;使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水 速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的概率分布,降水速率預(yù)報包括η個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián) 的概率;將針對所述給定時段的降水類型預(yù)報與針對所述給定時段的降水速率預(yù)報進(jìn)行組 合,以生成ζ個降水類型速率預(yù)報(Ρ類型速率預(yù)報),數(shù)ζ小于或等于m*n,其中每個降水 類型速率預(yù)報表示以給定速率具有給定類型的降水的概率;以及輸出所述降水類型速率預(yù) 報以用于顯示。
[0035] 在進(jìn)一步的方面中,提供了一種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的 設(shè)備,所述設(shè)備包括輸入端,用于從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值;降水類 型(P類型)分布預(yù)報器,用于使用氣象值生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報) 的概率分布,其中所述P類型預(yù)報包括m個降水類型和與每個類型相關(guān)的概率;降水速率 (P速率)分布預(yù)報器,用于使用氣象值生成針對給定時段的降水速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的 概率分布,P速率預(yù)報包括η個降水速率和與每個速率相關(guān)的概率;降水類型和速率(P類 型速率)分布預(yù)報組合器,用于將針對給定時段的P類型預(yù)報與針對給定時段的P速率預(yù) 報進(jìn)行組合,以生成m*n個降水類型速率預(yù)報(Ρ類型速率預(yù)報),每個P類型速率預(yù)報表示 以給定速率具有給定類型的降水的概率;以及輸出端,用于輸出P類型速率預(yù)報中的一個 或多個以用于顯示。
[0036] 定義
[0037] 在本說明書中,下面的術(shù)語旨在如以下所述來定義:
[0038] 短時預(yù)報:術(shù)語短時預(yù)報(nowcasting)是"短時" (now)和"預(yù)報"(forecasting) 的縮寫詞,其指的是被設(shè)計成進(jìn)行短時期(通常是〇到12小時范圍內(nèi))的預(yù)報的技術(shù)的集 合。
[0039] 降水類型(P類型):表示降水的類型。降水類型的示例包括但不限于,降雨、降雪、 冰霍、凍雨、冰粒、冰晶等等。
[0040] 降水速率(P速率):表示降水的強(qiáng)度。降水速率值的示例包括但不限于,無降水 (即,不降水)、輕度降水、中度降水、重度降水、嚴(yán)重降水。在一個實(shí)施方式中,降水速率也 可以表示為諸如以下值的范圍:無到輕度降水、輕到中度降水、中到重度降水,或上述的任 意組合。
[0041] 降水概率:表示降水可能發(fā)生的概率。降水概率值的示例包括但不限于,無、不太 可能、微小幾率、偶有、可能、很可能、確定。
[0042] 在一個實(shí)施方式中,降水概率還可以表示為諸如以下值的范圍:無到輕度降水、輕 到中度降水、中到重度降水。降水概率也可以表示為百分比的形式,例如 75%、100%;或者百分比的范圍,例如0%到25%、25%到50%、50%到75%、75%到100%。 在一個實(shí)施方式中,如下所述可以從概率分布中得到降水概率。
[0043] 降水類型和降水速率類別(P類型速率):P類型速率類別是降水類型與降水速率 的組合,針對給定時段發(fā)生的概率可以與該P(yáng)類型速率類別相關(guān)聯(lián),用于表示以特定速率 接收特定類型的降水的概率。
[0044] 溫度分布:表示不同緯度(例如,地面、地上100英尺、地上200英尺等等)處的溫 度的溫度值列表。
[0045] 在說明書和權(quán)利要求中,除非上下文另有明確說明,下面的術(shù)語都采用與這里明 確相關(guān)的意思。這里所用的短語"在一個實(shí)施方式中"不必要指同一個實(shí)施方式,雖然也可 以是同一個實(shí)施方式。而且,這里所用的短語"在另一個實(shí)施方式中"不必要指不同的實(shí)施 方式,雖然也可以是不同的實(shí)施方式。因此,如下所述,可以在不脫離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì) 的情況下,容易地組合本發(fā)明的各個實(shí)施方式。術(shù)語"包括"和"包含"應(yīng)該被解釋為表示: 包括但不限于。
[0046] 另外,如這里所用的,術(shù)語"或"是一種包含性的"或"運(yùn)算符,并且等同于術(shù)語"和 /或",除非上下文另有明確說明。術(shù)語"基于"是非排他的,允許基于未描述的其他因素,除 非上下文另有明確說明。
[0047] 如附圖所示,根據(jù)下面對選擇的實(shí)施方式的詳細(xì)描述,本主題的特征和優(yōu)點(diǎn)將會 變得更加明顯。如將會意識到的,公開和要求保護(hù)的主題能夠在各個方面做出修改,只要所 有這些不脫離權(quán)利要求的范圍即可。因此,附圖和說明書在本質(zhì)上應(yīng)被視為說明性的而非 限制性的,以及在權(quán)利要求中闡明主題的全部范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048] 結(jié)合附圖,根據(jù)下面的詳細(xì)描述,本公開的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得明顯,在 所述附圖中:
[0049] 圖1是根據(jù)實(shí)施方式的用于生成P類型速率短時預(yù)報的系統(tǒng)的框圖;
[0050] 圖2是根據(jù)實(shí)施方式的包括P類型值、P速率值和組合的P類型速率值的示例的 表格;
[0051] 圖3是根據(jù)實(shí)施方式的示例性P類型預(yù)報器的框圖;
[0052] 圖4是根據(jù)實(shí)施方式的示例性P速率預(yù)報器的框圖;
[0053] 圖5是其中可以實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的示例;
[0054] 圖6是根據(jù)實(shí)施方式的用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的方法的 流程圖;
[0055] 圖7是根據(jù)另一個實(shí)施方式的用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的 方法的流程圖;以及
[0056] 圖8示出了其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式的合適的計算操作環(huán)境的示例圖。
[0057] 要注意的是,在附圖中,相似的特征由相似的參考標(biāo)記來標(biāo)識。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 現(xiàn)在將參考附圖在下面更充分地描述實(shí)施方式,所述附圖構(gòu)成實(shí)施方式的一部分 并通過說明的方式顯示了可用來實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的特定實(shí)施方式。描述實(shí)施方式還為了使得 本公開可以向本領(lǐng)域的技術(shù)人員表達(dá)本發(fā)明的范圍。然而,實(shí)施方式可以以不同的形式實(shí) 現(xiàn),而不應(yīng)該解釋為限于在此提出的實(shí)施方式。
[0059] 此外,這些實(shí)施方式可以被實(shí)施為方法或設(shè)備。因此,實(shí)施方式可以采用整體硬件 實(shí)施方式、整體軟件實(shí)施方式、軟件與硬件方面結(jié)合的實(shí)施方式等的形式。而且,雖然參考 便攜式或手持式設(shè)備描述了實(shí)施方式,但是也可以在臺式機(jī)、筆記本電腦、平板電腦或有足 夠的計算資源來實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的任何計算設(shè)備上實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式。
[0060] 簡而言之,本發(fā)明涉及用于生成高度局部化的(Ixlkm及以下)、非常短的時間 (0-6小時)、并及時(例如,每5分鐘地頻繁更新)的降水類型和強(qiáng)度的預(yù)報(稱為短時預(yù) 報)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)獲取來自氣象雷達(dá)的高分辨率的降水觀測、表面觀測、和氣象預(yù)報,然 后隨著降水結(jié)構(gòu)隨時間的運(yùn)動(平流輸送)來自動跟蹤降水結(jié)構(gòu)的位置、軌跡、速度和強(qiáng) 度。這些高分辨率降水觀測、預(yù)報和跟蹤信息被用于通過外推(平流)來對將來進(jìn)行預(yù)報。
[0061] 圖1是根據(jù)實(shí)施方式的用于生成P類型速率短時預(yù)報的系統(tǒng)的框圖。如圖1所示, 系統(tǒng)200從不同的源201接收氣象觀測,所述源201諸如氣象觀測源,包括但不限于:點(diǎn)觀 測201-2 (例如,用戶和自動站提供的反饋)、氣象雷達(dá)201-3、衛(wèi)星201-4和其他類型的氣 象觀測201-1,所述源201還諸如氣象預(yù)報源,例如數(shù)值氣象預(yù)測(NWP)模型輸出201-5和 氣象預(yù)報和公告201-6。
[0062] 在一個實(shí)施方式中,系統(tǒng)200包括P類型(PType)分布預(yù)報器202和P速率 (Prate)分布預(yù)報器204。
[0063] P類型預(yù)報器202從不同的源201接收氣象觀測,并輸出對給定經(jīng)緯度的一段時間 間隔上的降水類型的概率分布。在一個非限制性的示例中,概率分布可以為:
[0064] a.降雪:10%
[0065] b.降雨:30%
[0066] c.凍雨:60%
[0067] d.冰雹:0%
[0068] e.冰粒:0%
[0069] 類似的,P速率預(yù)報器204從不同的源201接收對于給定經(jīng)緯度的氣象觀測,并以 表達(dá)不確定性的表示來輸出降水速率(PRate)的概率分布預(yù)報。例如,P速率可以被輸出 為對于給定的經(jīng)緯度一段時間間隔上的降水速率或速率的范圍的概率分布。例如:
[0070]f.無降水:30%
[0071]g.輕度降水:40%
[0072]h.中度降水:20%
[0073]i.重度降水:10%
[0074]P速率預(yù)報器204和P類型預(yù)報器202輸出的P速率和P類型值被發(fā)送到預(yù)報組 合器206,以將這些值組合成單個值P類型速率(PTypeRate),該P(yáng)類型速率表示降水結(jié)果。 例如,如果P類型的值為"降雪","P速率"的值為重度,則P類型速率的組合值可以為"重 度降雪"??赡艿腜類型值、P速率值和組合的P類型速率值的示例如圖2所示。
[0075] 在一個實(shí)施方式中,預(yù)報組合器206 (或P類型預(yù)報器202)通過對所有表示無降 水的P類型速率類別(例如:無降雪、無降雨或無凍雨)的概率進(jìn)行求和來確定不會發(fā)生降 水的概率。相反地,可以通過對所有表示降水的P類型速率類別(例如:小雪、嚴(yán)重降雨或 中度凍雨)的概率進(jìn)行求和來獲得會發(fā)生降水的概率。
[0076] P類型計算
[0077] 如圖1所示,P類型預(yù)報器202從不同的源201接收氣象觀測/值。氣象值的示 例包括:表面溫度、降水類型、溫度分布、風(fēng)向和風(fēng)速等等。對于每個從一個源201獲得的 氣象值,P類型預(yù)報器202計算時間間隔上的預(yù)報的氣象值,使得預(yù)報的氣象值表示所述 時間間隔內(nèi)的不確定性。例如,如果地面溫度的值為-23,則預(yù)報的氣象值可以在以下范圍 中:-22. 5 到-23. 6。
[0078] 影響不確定性的因素可以包括:a)間隔的前置時間(leadtime)和長度,b)有效 性、信用、精度、準(zhǔn)確度、離位置的距離、沖突報告和數(shù)據(jù)新近性,以及c)預(yù)報系統(tǒng)固有的不 精確和不準(zhǔn)確。
[0079] 回到P類型預(yù)報202,對最終的P類型分布的計算取決于來自不同的源201的氣 象值的有效性。通常,P類型預(yù)報器202從氣象值提取兩種類型的輸入:1)從不同的源201 接收的基于降水類型的P類型分布?xì)庀笾担≒TypeWV),以及2)基于溫度的P類型概率氣象 值(PTypeProbTemp)。
[0080] 可以通過對從不同的源接收的P類型分布進(jìn)行聚合(或加權(quán)平均)來獲得 PTypeWV。例如:如果表面觀測的P類型分布如下:a.降雪:90%,b.降雨:0%,c.凍雨: 80%,d.冰雹:0 %,e.冰粒:50% ;而NWP模型的P類型分布為:a.降雪:80%,b.降雨: 〇%,c.凍雨:60%,d.冰雹:0%,e.冰粒0%;則基于取平均,最終的P類型分布為:a.降 雪:50%,b.降雨:0%,c.凍雨:70%,d.冰雹:0%,e.冰粒:25%。
[0081] 可以通過基于從氣象值獲得的氣溫給每個降水類型分配其可能出現(xiàn)的概率來獲 得PTypeProbTemp。如上面討論的,系統(tǒng)可以基于諸如風(fēng)向和風(fēng)速、周圍區(qū)域的氣溫、溫度分 布等等的變量來預(yù)報一段時段上的溫度變化。例如,如果表面氣溫遠(yuǎn)低于冰點(diǎn),則不可能是 降雨或冰雹,但可能是降雪、凍雨或冰粒。
[0082] 在一個非現(xiàn)實(shí)性的示例中,如果溫度=-10C,則PTypeProbTemp可以為:
[0083]L降雪:100%
[0084] 2.降雨:0%
[0085] 3.凍雨:70%
[0086] 4.冰雹:0%
[0087] 5.冰粒:50%
[0088] 在其中僅PTypeProbTemp有效(但PTypeWV無效)的情況下,P類型預(yù)報器202可 以通過劃分概率從而使得所有概率相加為100%,來生成最終的P類型分布。在一個非限制 性的示例中:最終的P類型分布可以為:
[0089]a.降雪:100% 八100+70+50) = 90%
[0090]b.降雨:0%八100+70+50) =0%
[0091]c.凍雨:70% 八100+70+50) = 32%
[0092] d.冰雹:0% 八100+70+50) = 0%
[0093]e.冰粒:50% 八100+70+50) = 23%
[0094] 如果僅PTypeWV有效(但PTypeProbTemp無效),則PTypeWV可以用作最終的P類 型分布。
[0095] 如果PTypeProbTemp和PTypeWV都有效,則可以通過將兩者相乘在一起來獲得最 終的P類型分布。
[0096] 圖3是根據(jù)實(shí)施方式的示例性P類型預(yù)報器202的框圖。如圖3所示,P類型預(yù) 報器202從不同的源接收一組氣象值,例如值1、值2……值n,還接收需要針對其執(zhí)行預(yù)報 的時間間隔。例如,時間間隔可以由用戶來設(shè)置/改變。如圖3所示,概率預(yù)報器210接收 一組氣象值和時間,并對每組氣象值輸出降水類型(P類型)的概率分布,例如,對于值1為 P類型1,對于值2為P類型2等等。
[0097] 概率聚合器212接收概率預(yù)報器210輸出的不同的PTypei_n分布,并將所述 PTypei_n分布聚合成最終的P類型分布。在非限制性的實(shí)施示例中,概率聚合器212可以如 上所例示的對不同的P類型分布取平均。然而,其他允許加權(quán)聚合的實(shí)施方式也是可能的, 由此能夠減少與不太可靠的源相關(guān)的P類型分布的權(quán)重,并增加與已知為可靠和準(zhǔn)確的源 相關(guān)的P類型分布的權(quán)重。
[0098] P諫率計算
[0099] 回到圖1,P速率預(yù)報器204從不同的源201接收氣象觀測/值,并輸出指示一段 時間間隔上的降水速率/量的概率分布P速率。時間間隔可以為固定的,例如:每分鐘,或 者可以為可變的,例如:一分鐘,然后五分鐘,然后十分鐘。
[0100] P速率分布表示對于每個時間間隔的降水量(無論水是降雪、冰粒等形式的冰凍 的,還是融化的液體形式)的可能結(jié)果。
[0101] P速率的非限制性示例可以為:
[0102] 無降水:20%
[0103]輕度降水(O-Imm) :10%
[0104]中度降水(l-20mm) :10%
[0105] 重度降水(20-40mm) :20%
[0106] 嚴(yán)重降水(40+mm) :40%
[0107] 在一個實(shí)施方式中,P速率預(yù)報器204可以從接收自源201的氣象值提取降水速率 值。對于每個降水可用速率值,P速率預(yù)報器204可以通過向每個降水速率的降水類型分 配概率,來計算對給定的時間間隔的預(yù)報的P速率分布。例如,對每個類型的降水速率(無 降水、輕度降水、中度降水等等),P速率預(yù)報器204可以基于從不同的源接收的氣象值來關(guān) 聯(lián)指示該類型發(fā)生的可能性的概率。
[0108] 影響不確定性的因素可包括(但不限于):a)間隔的前置時間和長度,b)有效性、 信用、精度、準(zhǔn)確度、離位置的距離、沖突報告和數(shù)據(jù)新近性,以及c)預(yù)報系統(tǒng)固有的不精 確和不準(zhǔn)確。
[0109] 圖4是根據(jù)實(shí)施方式的示例性P速率預(yù)報器204的框圖。如圖4所示,P速率預(yù) 報器204包括概率預(yù)報器214,該概率預(yù)報器適于從不同的源接收一組氣象值,例如值1、 值2……值n,還接收需要針對其執(zhí)行預(yù)報的時間間隔,并對每組氣象值輸出降水速率(P速 率)的概率分布,例如,對于值1為P速率1,對于值2為P速率2等等。
[0110]概率聚合器216接收概率預(yù)報器214輸出的不同的PRatei_n分布,并將所述PRatei_n分布聚合成最終的P速率分布。在非限制性的實(shí)施示例中,概率聚合器216可以如 上所例示的對不同的P速率分布取平均。然而,其他允許加權(quán)聚合的實(shí)施方式也是可能的, 由此能夠減少與不太可靠的源相關(guān)的P速率分布的權(quán)重,并增加與已知為可靠和準(zhǔn)確的源 相關(guān)的P速率分布的權(quán)重。
[0111] P類型諫率的計算
[0112] 對于給定的經(jīng)緯度,系統(tǒng)輸出針對預(yù)定時間間隔的預(yù)報的P類型速率 (PTypeRate)分布,所述預(yù)定時間間隔可以是固定的(例如:1分鐘)或可變的(例如:1分 鐘,然后5分鐘,然后10分鐘等)。系統(tǒng)可以按照時間間隔序列預(yù)計算或存儲預(yù)報的P類型 速率分布,或在運(yùn)行中(onthe fly)計算預(yù)報的P類型速率分布。P類型速率分布表示,對 于每個時間間隔P類型速率會發(fā)生的確定性或不確定性。
[0113] 參考圖1,預(yù)報組合器206從P類型預(yù)報器202接收最終的P類型分布和從P速 率預(yù)報器204接收最終的P速率分布,以將所述P類型分布和所述P速率分布組合成一組 P類型速率分布值,每個所述P類型速率分布值表示以特定速率接收特定類型的降水的概 率。下面提供示例。
[0114] 假設(shè)P類型分布如下:降雪:50%,降雨:0 %,凍雨:30%,冰雹:0 %,冰粒:20%, 以及P速率分布如下:無降水:〇%,輕度降水:1〇%,中度降水:20%,重度降水:30%,嚴(yán)重 降水40 %,P類型速率分布可以如下:
[0115]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,該方法包 括: 從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值; 使用所述氣象值,生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報)的概率分布,所述 降水類型預(yù)報包括m個降水類型和與每個類型相關(guān)聯(lián)的概率; 使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的概率分布, 所述降水速率預(yù)報包括n個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián)的概率; 將針對所述給定時段的降水類型預(yù)報與針對所述給定時段的降水速率預(yù)報進(jìn)行組合, 以生成m*n個降水類型速率預(yù)報(P類型速率預(yù)報),每個降水類型速率預(yù)報表示以給定速 率具有給定類型的降水的概率;以及 輸出所述降水類型速率預(yù)報中的一個或多個以用于顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括:針對每個降水類型速率預(yù)報,將來自所述降水 類型預(yù)報的與給定類型的降水相關(guān)聯(lián)的第一概率P1與來自所述降水速率預(yù)報的與給定速 率的降水相關(guān)聯(lián)的第二概率P2相乘,以獲得表示以所述給定速率接收到所述給定類型的 降水的概率的值P3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,進(jìn)一步包括從多個不同的氣象源接收所述氣象值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,還包括: 根據(jù)從每個氣象源接收的氣象值生成單獨(dú)的降水類型預(yù)報,從而生成多個單獨(dú)的降水 類型預(yù)報,以及 使用概率聚合器,將所述多個單獨(dú)的降水類型預(yù)報組合成最終的降水類型預(yù)報。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,還包括: 根據(jù)從每個氣象源接收的氣象值生成單獨(dú)的降水速率預(yù)報,從而生成多個單獨(dú)的降水 速率預(yù)報,以及 使用概率聚合器,將所述多個單獨(dú)的降水速率預(yù)報組合成最終的降水速率預(yù)報。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中聚合包括執(zhí)行加權(quán)平均,其中根據(jù)與每個單獨(dú)的 降水類型預(yù)報或降水速率預(yù)報相關(guān)聯(lián)的氣象源,將權(quán)重分配給該降水速率預(yù)報和/或降水 類型預(yù)報。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法,還包括通過對表示無降水的所有類別的降 水類型速率的概率進(jìn)行求和來確定將不發(fā)生降水的概率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法,還包括通過對表示降水的所有類別的降水 類型速率的概率進(jìn)行求和來確定將發(fā)生降水的概率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法,還包括: 將文本描述與一個降水類型速率或降水類型速率的組合相關(guān)聯(lián);以及 輸出文本描述以用于在用戶設(shè)備上顯示。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,還包括: 將兩個或多個降水類型速率預(yù)報沿著維度組合起來,所述維度為概率、降水速率、和降 水類型其中之一;以及 將文本描述與降水類型速率預(yù)報的每個組合相關(guān)聯(lián)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法,還包括接收指示給定地區(qū)的位置的用戶 輸入。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法,還包括接收指示給定時段的用戶輸入。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法,其中所述給定時段包括多個時間間隔, 其中所述多個時間間隔具有固定值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的方法,其中所述固定值為1分鐘、2分鐘、5分 鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘和60分鐘中的任意一個。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項所述的方法,其中所述給定時段包括多個時間間隔, 其中所述多個時間間隔具有可變值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項所述的方法,其中接收氣象值包括至少接收針對給定 地區(qū)的溫度分布,并至少基于所述溫度分布生成降水類型預(yù)報。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項所述的方法,還包括輸出降水類型速率預(yù)報的不同的 組合以用于顯示。
18. -種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,該方法 包括: 從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值; 使用所述氣象值,生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報)的概率分布,降水 類型預(yù)報包括m個降水類型和與每個類型相關(guān)聯(lián)的概率; 使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的概率分布, 降水速率預(yù)報包括n個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián)的概率; 將針對所述給定時段的降水類型預(yù)報與針對所述給定時段的降水速率預(yù)報進(jìn)行組合, 以生成z個降水類型速率預(yù)報(P類型速率預(yù)報),數(shù)z小于或等于m*n,其中每個降水類型 速率預(yù)報表示以給定速率具有給定類型的降水的概率;以及 輸出所述降水類型速率預(yù)報以用于顯示。
19. 一種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的設(shè)備,所述設(shè)備包括: 一個或多個處理器; 存儲器,存儲用于所述一個或多個處理器的指令, 其中當(dāng)所述一個或多個處理器執(zhí)行所述指令時,使所述設(shè)備: 從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值; 使用所述氣象值,生成針對給定時段的降水類型預(yù)報(P類型預(yù)報)的概率分布,所述 降水類型預(yù)報包括m個降水類型和與每個類型相關(guān)聯(lián)的概率; 使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水速率預(yù)報(P速率預(yù)報)的概率分布, 所述降水速率預(yù)報包括n個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián)的概率; 將針對所述給定時段的降水類型預(yù)報與針對所述給定時段的降水速率預(yù)報進(jìn)行組合, 以生成m*n個降水類型速率預(yù)報(P類型速率預(yù)報),每個降水類型速率預(yù)報表示以給定速 率具有給定類型的降水的概率;以及 輸出所述降水類型速率預(yù)報中的一個或多個以用于顯示。
20. -種用于生成針對給定時段和給定地區(qū)的氣象預(yù)報的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,該方法 包括: 從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值; 使用所述氣象值,獲得針對給定時段的預(yù)報的降水類型; 使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水速率預(yù)報的概率分布,所述分布包括n個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián)的概率; 將所述預(yù)報的降水類型與所述分布進(jìn)行組合,以生成n個表示以給定速率具有所述預(yù) 報的降水類型的概率的降水類型速率預(yù)報(P類型速率預(yù)報);以及 輸出所述降水類型速率預(yù)報中的一個或多個以用于顯示。
21. -種包括服務(wù)器和遠(yuǎn)程設(shè)備的系統(tǒng),所述遠(yuǎn)程設(shè)備包括顯示器并經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)連 接到所述服務(wù)器,其中 : 所述服務(wù)器包括一個或多個處理器和存儲指令的存儲器,其中當(dāng)執(zhí)行所述指令時,使 所述服務(wù)器: 從一個或多個氣象源接收針對給定地區(qū)的氣象值; 使用所述氣象值,獲得針對給定時段的預(yù)報的降水類型; 使用所述氣象值,生成針對所述給定時段的降水速率預(yù)報的概率分布,所述分布包括n個降水速率和與每個速率相關(guān)聯(lián)的概率; 將所述預(yù)報的降水類型與所述分布進(jìn)行組合,以生成n個表示以給定速率具有所述預(yù) 報的降水類型的概率的降水類型速率預(yù)報(P類型速率預(yù)報);以及 輸出所述降水類型速率預(yù)報中的一個或多個以用于在所述遠(yuǎn)程設(shè)備上顯示。
22. -種非臨時性計算機(jī)可讀介質(zhì),包括權(quán)利要求1-18和20中任一項所述的指令。
【文檔編號】G01W1/10GK104380146SQ201480000782
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月4日
【發(fā)明者】A·萊伯蘭克 申請人:天氣變化研究無限責(zé)任公司